Поляры

В середине 70-х годов прошлого века появился еще од] класс карликовых двойных систем — поляры. Родоначал: ницей нового класса систем стала звездочка AM Геркулеlt; (это уке третья, вслед за HZ и DQ, замечательная звез; из созвездия Геркулеса).

Эта звезда научила астрономов многому, но самое главное, тому, что аккрецирующие белые карлики могут быть источниками довольно жесткого рентгеновского излучения. Правда, еще в 1967 году американские астрофизики обращали внимание на то, что при аккреции на белые карлики ощутимое количество энергии может излучаться в рентгеновском диапазоне. Но, как говорилось в предыдущей главе, долгое время считалось догмой, что белые карлики не могут быть источниками рентгеновского излучения. От этой догмы пришлось отказаться еще в 1976 году, когда на спутнике SAS-311* американские ученые обнаружили изменение рентгеновского потока с периодом 0,129 дня (примерно 3 часа) от AM Геркулеса. Точно с таким же периодом, в пределах от 12-й до 13-й величины, меняется блеск звезды AM Геркулеса.

Эмиссионные линии в спектре звезды показывали присутствие сильных газовых потоков. Полуамплитуда лучевой скорости равнялась 240 км/с. Столь большая скорость движения достигается не за счет большой массы звезд, а за счет компактности системы. Период всего 3 часа!

Приведем следующий пример, который позволит представить ситуацию в этой двойной системе. Если бы мы запустили искусственный спутник вокруг Солнца на малой высоте над его поверхностью, то один оборот он бы совершал за 2 ч 40 мин. Масса звезд в системе AM Геркулеса меньше массы Солнца, и размер двойной оказывается меньше радиуса Солнца.

Но самым неожиданным было то, что оптический свет AM Геркулеса оказался сильно поляризован.

Напомним, что видимый свет — это набор электромагнитных волн. Каждая волна представляет собой колеблющиеся скрещенные магнитное и электрическое поля (см. рис. 74).

n*SAS — сокращенно от англ. “Small Astronomical Satellite” — малый астрономический спутник.

Рис. 74. В электромагнитной волне электрический вектор Е колеблется в плоскости, перпендикулярной плоскости колебаний

вектора магнитной индукции В

У отдельной волны плоскость колебаний электрического (или магнитного) вектора строго фиксирована. Если плоскости колебаний электрических векторов разных волн не совпадают друг с другом, то такой набор волн называют неполяри- зованным светом. И наоборот, если есть преимущественная плоскость, вдоль которой колеблется большая часть волн, то свет называют поляризованным. В обычных веществах, например в стекле, световые волны распространяются одинаково хорошо, независимо от положения плоскости поляризации. Но в природе есть вещества (поляроиды), которые могут пропускать свет только в том случае, если плоскость его поляризации направлена определенным образом. Это связано с тем, что кристаллы, из которых состоят поляроиды, имеют выделенные направления (грани).

Работа поляроида и эффект поляризации хорошо иллюстрируются примером из окружающей нас действительности. Чтобы пройти в метро, необходимо соблюдение двух условий: нужно иметь магнитный билет и нужно расположить билет так, чтобы плоскость его совпала с направлением щели автомата. Пока мы не зашли в метро, билеты в наших карманах лежат как попало (они не поляризованы), а при входе в метро все они поляризуются. Автомат выполняет роль поляризатора.

Поляры

Этот полушуточный пример дает рецепт определения, поляризован свет звезды или нет.

А вот у звезды AM Геркулеса блеск при вращении поляризатора меняется более чем на 10 %. Причем величина поляризации меняется с тем же периодом 3 часа (см. рис. 75). Из анализа кривой блеска и спектра звезды следует, что главный вклад в светимость системы дает белый карлик. Вторая звезда — красный карлик — практически не видна. Почему же свет, излучаемый белым карликом, столь

сильно поляризован? Оказалось, что свет этой звезды — не обычное излучение плазмы, а в основном излучение электронов, движущихся в сильном магнитном поле. Такое излучение называется циклотронным. Оно возникает у поверхности белого карлика, обладающего аномально сильным

о

магнитным полем — порядка 10 Гс (примерно в 100 раз больше, чем у белого карлика в системе DQ Геркулеса). Аккрецируемое белым карликом вещество разогревается при

ударе о его поверхность. При этом часть энергии излучается как обычно — при пролете электронов мимо ионов (свободно-свободное излучение), в виде рентгеновского излучения. А остальная часть энергии излучается при вращении электронов в мощном магнитном поле белого карлика. При этом циклотронное излучение12^ имеет оптическую длину волны — т. е. является видимым светом.

Очень необычно выглядит перетекание в такой системе. Как впервые отметили советские астрофизики, если белый карлик действительно обладает столь сильным полем, то магнитные силы начинают управлять движением вещества еще в тот момент, когда оно только покидает красный карлик. Фактически красный карлик погружен внутрь магнитосферы белого карлика (рис. 76).

То, что рентгеновское и оптическое излучения колеблются с орбитальным периодом, означает, что белый карлик повернут всегда одной и той же стороной к красному карли-

Рис* 76* Перетекание вещества в двойных типа AM Геркулеса

12)

' Это излучение называют циклотронным потому, что впервые с ним столкнулись в циклотронах — ускорителях заряженных частиц.

ку (как Луна к Земле). Это вполне понятно. Как показали расчеты, мощные магнитные поля создают столь жесткое зацепление звезд, что они очень быстро синхронизируют свое вращение. Сейчас известно около десяти систем такого типа.

Особенности этих систем далеко не исчерпываются высокой степенью поляризации. Они обладают очень характерными изменениями оптического блеска. Каждые несколько месяцев такая система переходит из яркого состояния в очень слабое, когда блеск уменьшается в десятки раз.

Искусный наблюдатель, измеряя блеск системы, может сказать, является эта система пол яром или нет. Так, молодой советский астроном С. Ю. Шугаров вскоре после сообщения об открытии AM Геркулеса предложил еще одного кандидата в поляры — звезду AN Большой Медведицы. При этом он руководствовался только характерными изменениями блеска звезды. Не прошло и нескольких месяцев, как было открыто рентгеновское излучение этой звезды.